Zatmění Slunce

Parametry zatmění

K zatmění dochází v okamžiku, kdy se Měsíc na své dráze kolem Země dostane do takové polohy, že pozorovateli na Zemi zakryje sluneční kotouč. Podobně jako u zatmění Měsíce, tak i u zatmění Slunce musí dojít ke splnění určitých podmínek. Zjednodušeně lze říci, že Slunce s Měsícem a Zemí musí být v jedné linii.

V době zatmění je Měsíc v novu, zdálo by se tedy, že k zatmění může docházet každý měsíc. To bohužel není možné, protože jednou ze zásadních podmínek je, aby se Měsíc v době zatmění nacházel poblíž sestupného nebo vzestupného uzlu své dráhy. Musíme si totiž uvědomit, že rovina dráhy Měsíce vůči rovině ekliptiky je skloněna pod úhlem 5° a pokud by se Měsíc nenacházel v blízkosti sestupného nebo vzestupný uzlu, nemůže dojít k zatmění Slunce.

Významný vliv na průběh zatmění bude mít i úhlová velikost Měsíce na obloze, která se mění v závislosti na tom, kde se Měsíc nachází na své dráze. Dráha Měsíce kolem Země není totiž kruhová, ale mírně eliptická. Měsíc se tedy od Země přibližuje a vzdaluje v rozmezí 42 600 km. Tento nepříliš velký rozdíl má ale vliv na druhu zatmění Slunce. V okamžiku, kdy se Měsíc nachází v apogeu, tak dochází k prstencovému zatmění. Měsíc je totiž úhlově menší než Slunce a v době maximálního zákrytu nám kolem Měsíce září prstýnek sluneční fotosféry. Bohužel jas fotosféry je natolik velký, že nemůžeme pozorovat korónu, proto nejsou tato zatmění tolik atraktivní jako úplná zatmění. Aby mohlo dojít k úplnému zatmění, musí být splněna ještě jedna podmínka, a tou je vzdálenost. Měsíc by měl být v takové vzdálenosti, aby jeho úhlový průměr byl větší než úhlový průměr Slunce.

Mozaika fotografií z úplného zatmění Slunce z července roku 2010 na Tahiti v Pacifiku. Autor: Fred Bruenjes
Zdroj: http://www.moonglow.net/eclipse/2010jul11/index.shtml

Pokud nebudou splněny podmínky, uvedené výše, může dojít pouze k částečnému zatmění Slunce, které nastává v okamžiku, kdy Měsíc neprochází přímo středem slunečního kotouče a zakrývá pouze jeho omezenou část. Částečná zatmění Slunce doprovází každé úplné zatmění Slunce. Pokud budeme mít pozorovací staniště mimo pás totality, tak můžeme pozorovat pouze zatmění částečné.

Posledním typem zatmění, které můžeme pozorovat, je zatmění kombinované. Jedná se o typ zatmění, které je charakteristické tím, že v průběhu zatmění dochází k zvětšení jednoho z disků, a to buď Slunce (Měsíc se vzdaluje a nastává prstencové zatmění) nebo se zvětšuje Měsíc (nastává úplné zatmění Slunce). Pokud bychom si chtěli nastalou situaci přiblížit, tak na část zemského povrchu se v průběhu zatmění zobrazí pás annularity (prstencové zatmění) a na další část pás totality (úplné zatmění), samozřejmě je možná i obrácená kombinace.

Schéma zobrazující tři základní druhy zatmění Slunce (částečné, prstencové, úplné) doplněné o schematické obrázky, které zobrazuje postavení Měsíce a vrženého plného stínu. Autor: Josef Jíra

Perioda

O periodě jednotlivých zatmění vypovídá fakt, že v průběhu jednoho roku dojde minimálně ke dvěma zatměním Slunce, maximálně k pěti úplným, částečným nebo prstencovým. Obecně platí, že zatmění Slunce jsou mnohem častější než zatmění Měsíce. Nám se ale může zdát, že zatmění Měsíce jsou častější, to je ale způsobené tím, že zatmění Měsíce můžeme pozorovat prakticky z celé polokoule, zatímco zatmění Slunce z velmi slabého pásu, jehož šířka se pohybuje maximálně kolem 270 km a délky několik tisíc kilometrů. Pokud už dojde k samotnému zatmění, tak ho na rozdíl od úplného zatmění Měsíce může pozorovat pouze omezená část obyvatelstva. Maximální délka úplné fáze zatmění je 7 minut a 35 sekund.

Bezpečnost při fotografování

Bezpečnost při pozorování Slunce hraje významnou roli a neměla by se nikterak podceňovat, a to ani při fotografování zatmění Slunce. Součástí vybavení musí být i dostatečně kvalitní sluneční filtr. S typy slunečních filtrů jsme se seznámili v předchozích kapitolách 6. Fotografie Slunce a nyní si vysvětlíme, kdy a jak použít filtr při fotografování zatmění Slunce.

Sluneční filtr musí být nasazený před objektivem fotoaparátu po celou dobu částečného zatmění. Odstranit ho můžeme teprve těsně před okamžikem T2 (doba, kdy nastává úplná fáze), abychom mohli vyfotografovat Bailyho perly. Musíme si uvědomit, že Slunce je obrovským zdrojem záření, který je schopný zničit matnici fotoaparátu nebo vážně poškodit zrak! Nepokoušejte se pozorovat částečné nebo prstencové zatmění bez filtru. Pokud nebudeme při pozorování používat dostatečně kvalitní filtry, hrozí nám v lepším případě poškození techniky, v tom horším případě může dojít k trvalému poškození zraku!

Dírková kamera aneb zatmění bez filtru

Obecně platí, že částečné nebo prstencové zatmění Slunce musíme fotografovat přes sluneční filtr. Pokud se ale rozhodneme filtr odstranit, můžeme pro fotografické účely využít techniky, kterou označujeme jako projekce. Pojem projekce byl známý již v dávné minulosti, kdy ho využívali zejména malíři 16. století při zobrazování velkých exteriérových pláten. Světlo, které prochází malým otvorem, se zobrazí na stínítku vertikálně a horizontálně otočené o 180°. Podobného jevu si můžeme všimnout v průběhu zatmění, kdy sluneční paprsky procházejí olistěnou korunou stromu. Pod stromem se zobrazí velké množství srpků Slunce. Mnohem lepšího efektu ale dosáhneme, pokud sluneční paprsky necháme procházet dalekohledem (bez filtru) a za okulár vložíme bílou podložku. Výhodou této metody je to, že se nemusíme dívat přímo do dalekohledu. Nevýhodou může být velikost promítaného obrazu.

Krásné sluneční srpky zobrazené korunou stromu na zemském povrchu. Snímek zachycuje jedno z nejdelších prstencových zatmění z 15. ledna 2010 ze Srí Lanky. Autor: T. Guganeshan
Zdroj: http://guganeshan.com/blog/wp-content/uploads/2010/01/solar-eclipse-2010-pattern-in-shadows-from-a-tree-1.jpg

Průběh zatmění na jedné fotografii

Podobně jako u zatmění Měsíce, tak i u zatmění Slunce lze využít fotografické techniky, jejímž cílem je zachytit celý průběh zatmění na jeden snímek. Toho dosáhneme použitím stacionární kamery (fotoaparátu). Nejvhodnějším typem fotoaparátu pro tento druh snímku jsou digitální zrcadlovky, jejichž snímky lze jednoduše zpracovat v počítači. Pokud se rozhodneme využít klasické zrcadlovky na kinofilmový materiál, je nutné, aby byl fotoaparát vybavený časem „T“, který při natažení uzávěrky neposouvá filmový materiál v kazetě a my tak exponujeme snímky na jedno políčko.

Fotoaparát, nejlépe digitální zrcadlovku s 50mm objektivem, upevníme na pevný stativ a namíříme ho do míst, kudy bude Slunce v průběhu zatmění procházet. Vzhledem k tomu, že vlastní pohyb Slunce po obloze je zhruba 15 stupňů za hodinu, tak průchod zorným polem fotoaparátu s 50mm objektivem bude trvat cca 3 hodiny (počítané pro úhlopříčku fotoaparátu). Velmi záleží na správné orientaci fotoaparátu, proto je vhodné si vyzkoušet správnou kompozici snímku i několik dní předem na průchodu Slunce před zatměním. Tak se vyhneme neočekávaným problémům. Na začátku zatmění by Slunce mělo být umístěno do levého spodního okraje filmového políčka. Samotné expozice pak budeme provádět v průběhu celého zatmění cca po pětiminutových intervalech. Důležitá je tuhost stativu, aby nedošlo k posunutí obrazu (kompozice). Samozřejmě po celou dobu částečného zatmění budeme mít na fotoaparátu nainstalovaný sluneční filtr. Teprve v době úplného zatmění odstraníme sluneční filtr a exponujeme s dobou cca 1 sekundy. Expozice může být i o něco delší, záleží na citovosti filmového materiálu ISO a světelnosti objektivu. Naší hlavní snahou je vyfotografovat sluneční korónu. Po skončení úplné fáze nasadíme na objektiv sluneční filtr a exponujeme jednotlivé snímky až do skončení částečné fáze. Výslednou fotografii budeme skládat z jednotlivých slunečních kotoučků, které mohou připomínat korálky s jasným středem v podobě krásně zářící sluneční koróny.

Průběh částečného zatmění Slunce z Grazu 4. 1. 2011. Fotoaparát Canon EOS 350 D, EPS 18/55. Základní snímek pořízen 18mm nastavením objektivu, Slunce s 55mm nastavením. Autor: Robert Pölzl
Zdroj: http://www.astrofotos.at/index.php?view=detail&id=333&option=com_joomgallery&Itemid=134

Fotografie sluneční koróny

Fotografie sluneční koróny patří k tomu nejzajímavějšímu, s čím se můžeme v astronomické fotografii setkat. Koróna je nejvyšší částí sluneční atmosféry a svojí velikostí přesahuje několik poloměrů Slunce. Samotný tvar koróny je ovlivněn magnetickými indukčními čarami, které se mění v závislosti na jedenáctiletém slunečním cyklu a společně s šedavou barvou vytváří pro fotografa nádherné scény.

Objektiv

Volba správné ohniskové vzdálenosti je čistě subjektivní záležitost a záleží především na tom, co chceme na výsledný snímek zachytit. Velký vliv na to bude mít i sluneční aktivita, která ovlivňuje tvar a velikost koróny a množství protuberancí. Se základním objektivem si můžeme dovolit fotografovat širokoúhlé záběry s okolní krajinou. Pro fotografování celé sluneční koróny se nejčastěji používají objektivy s ohniskovou vzdáleností 500 až 1 000 mm. Pokud se ale rozhodneme vyfotografovat detaily ve vnitřní struktuře koróny, budeme muset použít objektivy s ohniskem větším jak 2 000 mm. Při použití dlouhých ohniskových vzdáleností se nám již podaří zachytit i protuberance nebo diamantový prstenec, který lze vyfotografovat v okamžiku T2 a T3. Jako nejvhodnější objektiv pro fotografování úplného zatmění Slunce se doporučuje objektiv ED-80, jehož ohnisková vzdálenost je 600 mm a světelnost f/7,5, nebo zrcadlové teleobjektivy ruské výroby Rubinar (500/5,6). Základem pro pořízení pěkné fotografie je i tuhá montáž, na které je umístěn dalekohled s fotoaparátem. Pokud se rozhodneme pro detailní fotografii vnitřního prstence koróny, tak se neobejdeme bez konvektoru, s jehož pomocí prodloužíme ohniskovou vzdálenost na dvojnásobek, a zmenšíme tak zorné pole na fotografii. Rozhodně se vyvarujme toho, abychom konvektor instalovali do optické soustavy dalekohledu během zatmění. Buď fotografujme s ním, nebo bez něho. Výměna jakékoliv části fotografické soustavy stojí drahocenný čas a ne vždy se tato výměna vyplatí. Pozor na sluneční filtr! Při fotografování částečné fáze zatmění Slunce je nezbytnou součástí každé optické soustavy, ale při fotografování úplné fáze se nesmí používat! Často se tak stává fotografům, kteří fotografují s pomocí několika fotoaparátů, že při úplné fázi zatmění Slunce zapomenou sejmout filtr z objektivu. Výsledná fotografie potom zobrazí pouze černé políčko bez sluneční koróny. Velmi vhodné je znát přesný čas druhého kontaktu, abychom co nejrychleji sejmuli sluneční filtr z objektivu. Některé profesionální filtry se instalují před objektiv dalekohledu pomocí závitu, který znemožňuje rychlé odejmutí. Během pozorování si zkontrolujeme, zdali je náš dalekohled správně zaostřen. V průběhu zatmění Slunce dochází ke změnám teploty, které mohou mít vliv na posun ohniskové vzdálenosti. Zejména to platí u složitých katadioptrických soustav dalekohledů.

Úplné zatmění Slunce v Turecku 2006. Při použití různě dlouhých expozic se nám zobrazí různé části koróny. Při použití velmi krátkých expozic například 1/1 000 s se zobrazí vnitřní část sluneční koróny a protuberance. Délka jednotlivých expozic na přiložených fotografiích se pohybuje v rozmezí 1 s až 1/2000 s. Autor: Josef Jíra

Expoziční doba

Volba správné expozice při úplném zatmění Slunce je závislá na tom, co chceme fotografovat. Zdali to budou protuberance, Bailyho perly či samotná koróna.

V okamžiku kontaktu T2 dochází k úplnému zakrytí slunečního kotouče Měsícem. V ten okamžik se na malou chvilku objeví na okraji disku několik jasných bodů, které pomalu pohasínají. Tento jev označujeme jako Bailyho perly. Ve skutečnosti se jedná o poslední sluneční paprsky, které procházejí skrz měsíční údolí. Tento jev můžeme fotografovat i při okamžiku T3, kdy je pozorovatelný na druhé straně měsíčního disku. Je velmi zajímavé tyto fotografie složit do série a vnímat rychlé změny na okraji slunečního kotouče.

V čase úplné fáze zatmění, tedy mezi okamžiky T2 a T3, můžeme fotografovat sluneční korónu, což je nejsvrchnější vrstva sluneční atmosféry. Jas koróny je ale nerovnoměrný a nejvyšších hodnot dosahuje v těsné blízkosti tmavého kotouče. Zachytit proto korónu na fotografii, tak jak ji vnímá pozorovatel pouhýma očima během úplné fáze, je dosti problematické. Musíme si uvědomit, že při použití velmi krátké expozice zachytíme na snímek jen vnitřní strukturu koróny a při použití delší expozice se nám zobrazí vnější koróna, ale vnitřní bude přeexponovaná. Proto se doporučuje fotografovat sluneční korónu expozicemi v rozmezí 1/1 000 s až po 1 s. Získáme tak ucelenou řadu ostrých snímků koróny v různých vzdálenostech od tmavého kotouče. Při využití speciálních programů a postupů pak můžeme jednotlivé snímky poskládat na sebe a získat tak nejpravděpodobnější podobu sluneční koróny, kterou vnímá člověk pouhým okem. Pokud délka totality trvá několik minut, můžeme exponovat ještě jednu řadu snímků v opačném sledu od 1 s do 1/1 000 s.

Úplné zatmění Slunce fotografované z Francie roku 1999 na fotografický film Kodak Elite chrome 200 ASA. Autor: Libor Šmíd
Zdroj: http://home.zcu.cz/~smid/slunce99/slunce.htm

Během úplného zatmění Slunce můžeme fotografovat nejenom korónu a Bailyho perly, ale v okamžiku T2 a T3 jsou nejvýhodnější podmínky pro fotografování protuberancí na okraji slunečního disku. Ty vyžadují použití objektivu s dlouhou ohniskovou vzdáleností minimálně 2 000 mm a expoziční čas 1/500 s nebo 1/1 000 s.

Filmový materiál

Pro tento způsob fotografie můžeme použít prakticky všechny druhy filmových materiálů s citlivostí 100 až 200 ASA. Mezi doporučené materiály patří profesionální diapozitivy značky Fuji Provia 100F, které mají velmi malou zrnitost. Použití barevných filmů se nám vyplatí zejména při použití delších ohnisek, neboť se nám zvýrazní protuberance a jednotlivé detaily v těsné blízkosti tmavého kotouče.

Další tipy

Stabilní montáž je naprostou nutností. Při použití objektivu s ohniskovou vzdáleností do 500 mm nám bude stačit tuhá nepointovaná montáž. S ohniskovou vzdáleností přesahující 1 000 mm se už asi neobejdeme bez montáže s pohonem. Zejména to platí při použití delších expozic kolem jedné sekundy.

Nezapomeňme se pořádně seznámit s přístroji, které budeme používat během zatmění. To zejména platí u přístrojů, které jsme si vypůjčili. Pokud budeme mít náhradní fotoaparát, tak to bude jenom dobře.

Při použití starších mechanických zrcadlovek může dojít při delší expozici k rozkmitání optické soustavy, proto by mezery mezi jednotlivými expozicemi měly být delší. To samozřejmě platí pro dalekohledy, které nejsou uchycené na robustní montáži.

Detail slunečního kotouče z úplného zatmění Slunce z roku 1999. Autor: Libor Šmíd a Miloslav Druckmüller
Zdroj: http://home.zcu.cz/~smid/slunce99/slunce.htm

Částečné zatmění

Při fotografování částečného a prstencového zatmění je nutné použít sluneční filtr jako při běžném fotografování sluneční fotosféry. Dosáhneme tak různě vykrojených snímků slunečního kotouče. Jestliže chceme při fotografování získat ucelenou sérii snímků částečného zatmění, je vhodné si spočítat časové intervaly podle délky částečného zatmění a počtu požadovaných snímků. Exponovat budeme zhruba jednou za pět až sedm minut.

Dobré plánování

Fotografie úplného zatmění má svá specifika, můžeme rovnou zapomenout na všechny získané návyky. Čas je největší nepřítel a má nepředstavitelný vliv na zvláštní události, které nastanou během pozorování. Málokdo si uvědomí, že při fotografování úplného zatmění Slunce se odehrává v myslích pozorovatelů něco, co je naprosto mimo naše chápání. Veškeré posbírané zkušenosti jsou v tu chvíli k ničemu. Tento přírodní úkaz má obrovský vliv na psychiku lidí, proto se o expedicích za úplným zatměním Slunce říká, že je to největší dobrodružství v astronomii. Pokud se rozhodneme vyfotografovat sluneční zatmění, snažme se mít fotografický program včetně technického vybavení co nejjednodušší!

Při samotném zatmění má pozorovatel subjektivní pocit, že čas letí šíleně rychle, proto je důsledná příprava nutná již v první fázi! Vyzkoušejme si doma několikrát přesný postup toho, co budeme při pozorování dělat. Trénink „nasucho“ nám může pomoci odhalit nedostatky, které by měly neblahý vliv na výsledné snímky. Bohužel při pozorování úplného zatmění Slunce můžeme jen stěží dělat několik věcí najednou. Buď se rozhodneme pro fotografii, nebo pro pozorování dalekohledem, ale málokdy se dají tyto dvě věci skloubit dohromady. Během pozorování se můžeme dostat do situace, kdy se z ničeho nic objeví technická závada. V ten okamžik je vhodnější upustit fotoaparát a soustředit se na samotné pozorování zatmění, které již nemusíme nikdy vidět.

Základem pro pořízení pěkné fotografie úplného zatmění Slunce jsou dobré informace o samotném úkazu. Pro tento účel zřídila NASA internetovou stránku http://eclipse.gsfc.nasa.gov/eclipse.html, kde nalezneme podrobné informace ke každému zatmění Slunce včetně informací o meteorologických podmínkách na daném pozorovacím stanovišti.

Počasí a vzhled krajiny

V době úplné fáze zatmění Slunce dojde k výraznému poklesu jasu, který je ovlivněn především místem pozorování. Pokud se budeme nacházet v blízkosti moře, tak jas oblohy bude v naší oblasti jasnější než ve vnitrozemí. V okamžiku, kdy Měsíc zakryje celý sluneční kotouč, se na jeho okraji objeví krásná záře koróny. Na obloze se zobrazí planety a jasnější hvězdy. Této fázi zatmění se obecně říká totalita. Bohužel většinu těchto jevů nemůžeme pozorovat při zatmění prstencovém, natož částečném.

Fotografie úplného zatmění Slunce v Patagonii z roku 2010 zachytila velmi krásné stíny v průběhu zatmění. Autor: Daniel Fischer
Zdroj: http://apod.nasa.gov/apod/image/1008/shadowcone_fischer_big.jpg

Změny v jasu oblohy v průběhu částečné fáze jsou prakticky nepostřehnutelné, teprve před samotným úplným zatměním obloha získá barevný nádech a začne se prudce stmívat. Krajinou se rychle pohybují tzv. letící stíny, které doprovází poslední paprsky ze Slunce. V průběhu několika sekund poklesne jas oblohy o několik řádů a na nebi se objeví samotná koróna, která září jako Měsíc v úplňku. Je to velmi zajímavý jev, který má velký vliv nejenom na psychiku všech živých tvorů, ale i na denní rytmus. Před samotným zatměním všechno ztichne, objeví se hmyz, který se obyčejně objevuje v podvečer dne, některé květiny začnou zavírat své květy, ptáci přestanou zpívat. Vliv zatmění na živé organizmy je tedy zřejmý.

Pro fotografa se opět naskytne celá řada zajímavých námětů k fotografii a to zejména spojených s okolní krajinou. Barevné změny v několika málo minutách se mohou stát dalším naším cílem. Okolní krajina totiž dosáhne velmi netradičního zbarvení a její celý obzor bude obklopen nažloutlým lemem, který je způsobený světlem atmosféry v místech, kde nenastává zatmění Slunce.